РАДИОИЗОТОПНЫЙ КОМПЛЕКС РИЦ-80. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ИЗОТОПА

1. РАДИОИЗОТОПНЫЙ КОМПЛЕКС РИЦ-80. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ИЗОТОПА Sr-82 И ДРУГИХ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОТОПОВ В. Пантелеев, 26.12.2013

2. Радиоизотопный комплекс РИЦ-80 Три мишенные станции для получения наиболее используемых в настоящее время радионуклидов. Система автоматической транспортировки для перемещение облученных мишеней в горячие камеры. Энергия выведенного протонного пучка 40-80 МэВ и интенсивность до 200 мкА обеспечивают самые широкие возможности получения медицинских радионуклидов и радиофармпрепаратов для диагностики и терапии, которых до настоящего времени не было на других Российских установках. По своим параметрам и возможностям РИЦ-80 будет соответствовать самым лучшим зарубежным аналогам. По возможности получения сверхчистых радионуклидовданная установка не будет имеет мировых аналогов. Схема расположения радиоизотопного комплекса РИЦ-80 в подвале экспериментального зала синхроциклотрона ПИЯФ В. Пантелеев, 25.12.2013 .

3. Радионуклиды, планируемые к получению на РИЦ-80 Кроме указанных в таблице радионуклидов, планируется создание линии для выделения Re-188, • получаемого на реакторе. Имеется также возможность после осуществления 2-го этапа проекта • производитьCu‑64, Cu‑67, Rb‑81, At‑211, а также другие медицинские радионуклиды. В. Пантелеев, 25.12.2013

4. Мишенные станции изотопного комплекса РИЦ-80 для получения медицинских радионуклидов и радиофармпрепаратов. Станция №1:Инновационное направление - масс-сепаратор. Классификация – разработанные мишенные технологии для получения разделенных радионуклидов высокой чистоты Разработка ИРИС, ПИЯФ, изготовление НИИЭФА Станция №2: Инновационное направление – сухое выделение. Высокотемпературное выделение радионуклидов из облученных мишенных веществ. Разработка ИРИС, ПИЯФ, изготовление НИИЭФА Станция №3: Классическое направление – производство радионуклидов, мокрая радиохимия, полуавтоматизированный или полностью автоматизированный синтез РФП. Классификация- поставка готовой технологии. Поставщик - Von Gahlen,MicroSpin GmbH В. Пантелеев, 25.12.2013

5. Разработка масс-сепараторного и высокотемпературного «сухого» метода получения медицинских радионуклидов В. Пантелеев, 25.12.2013

6. Главные особенности масс-сепараторного и высокотемпературного «сухого» метода получения медицинских радионуклидов 1. Новизна, возможность применения для получения широкого круга медицинских радионуклидов 2. Универсальность ( в том и другом методе используются идентичные мишенные устройства, разрабатываемые на основе мишенных устройств, созданных и используемых на установке ИРИС 3. Выделение производимых радионуклидов в месте их наработки (в вакуумном объеме мишенного устройства) Отсутствие мокрой радиохимии при выделении радионуклида из мишенного материала. 4. Увеличение удельной активности на несколько порядков 5. В случае использования масс-сепаратора получение сразу нескольких разделенных радионуклидов высокой чистоты В. Пантелеев, 25.12.2013

7. Мишенные устройства с высокотемпературными контейнерами с мишенным веществом На пучке синхроциклотрона На вакуумном стенде Масса мишенного вещества до 10 г/cм2, температура до 2500 °С, что соответствует рабочим условиям на Ц-80 (80 МэВ, 100мкА) В. Пантелеев, 25.12.2013

8. Высоковакуумный стенд с мишенным устройством для выделения генераторного изотопа 82Sr из облученной мишени из YC2. Температура мишенного вещества: до 2500 °С Выделяемая на мишени мощность: более 9 кВт Разработанная конструкция мишен- ного устройства позволяет выделять радионуклиды из мишенных веществ в виде тугоплавких и жидких металлов, а также тугоплавких металлических карбидов В. Пантелеев, 25.12.2013

9. Рабочие прототипы мишеней для РИЦ-80 В. Пантелеев, 25.12.2013

10. Выделение Sr-82 из мишеней дикарбида иттрия, хлористого и металлического рубидия В. Пантелеев, 25.12.2013

11. Гамма спектры облученных мишеней YC2 до и после нагрева в мишенном контейнере Часть гамма-спектра облученного образца дикарбида иттрия, приготовленного в виде таблеток до его нагревания и после нагревания при температуре 1500 °С в течение 2-ух часов. Эффективность выделения для рубидия 94%, для Стронция 43%. Часть гамма-спектра облученного образца карбида иттрия, приготовленного в виде таблеток до его нагревания и после нагревания при температуре 1500 °С в течение 10-ти часов. Эффективность выделения для рубидия 98%, для стронция 98%. . Количество мишенного вещества составляло около 10 г/cм2 Выделенный таким методом стронций-82 использовался в РНЦ РХТ для тестирования Sr/Rb-82 генератора В. Пантелеев, 25.12.2013

12. Вывод: из рабочего прототипа мишени из дикарбида иттрия высокой плотности толщиной 10 г/cм2 эффективность выделения стронция-82 за 10 часов нагрева при температуре 1500 °С составляет величину близкую к 100%. В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ

13. Гамма спектры облученной мишени RbCl до и после нагрева в мишенном контейнере Часть гамма-спектра облученного порошка хлористого рубидия, испаренного в балластный объем, после нагревания при температуре 800 °С в течение 2-ух часов. Эффективность выделения рубидия в балластный объем близка к 100% Часть гамма-спектра облученного порошка хлористого рубидия до его нагревания и после нагревания при температуре 800 °С в течение 2-ух часов. Эффективность отделения мишенного материала - хлористого рубидия 100%. Эксперименты по выделению стронция иэ мишени в виде RbCl проведены с массой мишенного вещества около одного грамма/cм2 В. Пантелеев, 25.12.2013

14. Гамма спектр облученной мишени металлического рубидия в мишенном контейнере до и после его нагрева при Т=800 °C Часть гамма-спектра облученного металлического рубидия до его нагревания и после нагревания при температуре 800 °С в течение 1 часа. Эффективность отделения рубидия 92%. В. Пантелеев, 25.12.2013

15. Выделение изотопов 223Ra и 224Ra, распадающихся α-распадом, из мишени из карбида урана-238 высокой плотности В. Пантелеев, 25.12.2013

16. Альфа спектры 223,224Ra высаженных на охлаждаемую подложку в течение двух часов нагрева облученной мишени при разных температурах Т = 1900 °С Эффективность выделения около 2% Т = 2100 °С Эффективность выделения около 10% Сечение получения 225Ac и 227Th из ториевой мишени (232Th)(S. Ermolaev, B Zhuikov et al., icis7 abstracts, p 32. 4-8 Sept. Moscow, Russia. Т = 2300 °С Эффективность выделения около 90 % Следующий этап – использование карбида тория высокой плотности в качестве мишени, что обеспечит получение на РИЦ-80 активности изотопов Ra-223, Ra-224 до 2 Ки. Для одновременной наработки разделенных Ra-223, Ra-224 необходимо использование масс-сепаратора В. Пантелеев, 25.12.2013

17. Измерение эффективности поверхностной ионизации радиоактивного стронция В. Пантелеев, 25.12.2013

18. Измерение эффективности поверхностной ионизации радиоизотопов стронция Измеренная эффективность ионизации рубидия при температуре 2400 °С равна 84%, стронция 45% Линзовая часть нового тестового масс-сепаратора в экспериментальном зале ИРИС Ионный источник поверхностной ионизации с вольфрамовой трубкой Длиной 20 мм из монокристаллического вольфрама с работой выхода 5 эВ Как было показано, при увеличении длины ионизатора эффективность ионизации возрастает пропорционально его длине, поэтому, используя источник из монокристаллического вольфрама длиной 50 мм, реально получить эффективность ионизации, близкую к 100% как для стронция, так и для радия В. Пантелеев, 25.12.2013

19. Для разрабатываемых прототипов мишеней для РИЦ-80: получены эффективности выделения стронция-82 (более 90%) из разных мишенных материалов – YC2, RbCl, металлического рубидия. Получена эффективность выделения изотопов радия (более 90%) из мишени урана-238 высокой плотности. Полученные результаты позволяют рассчитывать на высокий выход активности Ra-223,224 (около 2 Ки)из высокотемпературной мишени карбида тория, рабочий прототип которой изготовлен В НПО “ЛУЧ” и поставлен в ПИЯФ. C использованием источника поверхностной ионизации из монокристалла вольфрама с работой выхода внутренней поверхности 5 эВ получена эффективность ионизации радиоактивных атомов стронция выше 40%. Увеличение длины источника до 50 мм позволит получить эффективность Ионизации более 80%. В. Пантелеев, 25.12.2013

20. Смывка высаженного стронция соляной кислотой Гамма-спектр раствора Sr-85 в 10% соляной кислоте В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ

21. Эффективность ионизации атомов некоторых элементов (V.N. Panteleev et al., Rev. Sci. Instrum., Vol. 73, No. 2, p.738, February 2002). Эффективность ионизациистабильных Эффективностьионизации Изотопов Eu, Tm и Lu в зависимости Lu для ионизаторовразличной длины оттемпературы в зависимости от температуры Эффективность поверхностной ионизации: εi = α/(1+ α), где α = ni/n0≈exp [(φ - Vi)/kT] Работа выхода W/Re : 5.2 eV. Ионизационные потенциалы (eV): Vi(Lu) = 6.15 Vi(Tm) = 6.14 Vi(Eu) = 5.67 Для щелочных элементов Li, Na, K, Rb and Cs эффективность ионизации близка к 100%. Ионизационный потенциал стронция:Vi(Sr) = 5.69 eV, Т.е. ожидаемая эффективность ионизации стронция близка к 100% В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ

22. Монтаж оборудования циклотрона Ц-80 завершен, в камереполучен высокий вакуум Планируемый вывод пучка – конец 2013 г. Выход на полную интенсивность –2014г. Изготовлены три протонных тракта к мишеням РИЦ-80. РИЦ-80 (Радиоактивные Изотопы на циклотроне Ц-80) Создание проекта- 2012 -2013 г.; (профинансировано, в 2013 должно быть закончено и отправлено на госэкспертизу) Строительство комплекса - 2014 -2016 г. Получение небольших количеств (0.1 - 0.2 Ки) генераторного радиоизотопа Sr-82 – 2014 г. 2000 -2012 2012 -2013 2013 В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ

23. Распределение возможности наработки нуклидов по трем направлениям В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ